양자 역학의 기본 법칙에 따르면, 모든 입자는 또한 변환 적 특성을 가지고 있습니다. 기본 입자와 관련된 특성 파장은 질량과 속도에 따라 다릅니다. 매우 빠른 전자는 매우 가벼운 물체이지만 매우 짧은 관련 파장을 가지고있어 고해상도 현미경 실험에 이상적입니다. 전자를 영상 입자로 사용하면 재료의 개별 원자를 해결할 수 있습니다.
빛을 가진 기존의 이미징에서, 다른 색상의 빛이 물체의 2 차원 이미지를 생성하는 사진 필름에 얼마나 많은 색상을 겪는지를 측정합니다. 물체에서 3D 정보를 얻으려면 대신 홀로그래피가 사용됩니다. 기존의 홀로그래피에서, 강도와 색상 정보뿐만 아니라 물체에 의해 산란 된 빛에 대한 위상 정보를 검색하는 데 두 개의 광선이 사용됩니다. 위상은 광자의 파도주기 내에서 점의 위치를 지정하고 정보의 깊이와 상관 관계가 있는데, 이는 물체에 의해 산란 된 빛의 단계를 기록하면 전체 3D 모양을 검색 할 수 있으며, 이는 간단한 사진으로 얻을 수 없습니다. 이것은 Star Wars와 같은 공상 과학 영화의 멋진 홀로그램으로 대중화 된 광학 홀로 그래피의 기초입니다. 실용적으로, 두 빔은 공간적으로 분리된다. 하나는 참조로 사용되며 하나는 이미징에 사용됩니다.
전자와 관련된 파장은 광자의 전형적인 파장보다 훨씬 짧기 때문에, 전자 홀로 그래피는 훨씬 작은 3 차원 물체를 해결할 수 있으며 (도 1 참조), 나노 입자에서 각 개별 원자의 직접 영상을 제공한다. 기술, 전자 및 광 홀로 그래피는 물체의 정적 3D 이미지를 산출합니다.
한 가지 현재의 과제는 공간 및 시간 해상도를 모두 제공하기 위해 이러한 방법을 더욱 개발하여 빠르게 변화하는 물체의 진폭 및 위상 정보를 검색 할 수 있도록하는 것입니다. 스위스의 EPFL에서 초고속 현미경 및 전자 산란을위한 실험실에서 연구원들은 정밀한 (10-18 초) 시간 해상도로 미세한 세부 사항을 나노 미터 공간 규모로 해결할 수있는 새로운 홀로그램 방법을 개발했습니다. 이 업적을 보여주기 위해 그들은 나노 크기의 안테나에서 빛의 전파를 촬영했습니다.
이 방법 자체는 전자 홀로 그래피의 이국적인 구현이다. 기준 및 이미징 빔을 위해 공간적으로 분리 된 전자 스트림을 사용하는 대신, 전자 파도 기능을 다른 에너지 수준으로 분할하는 빛의 능력을 이용했습니다. 상이한 에너지의 전자는 공간에서 이미징 및 기준 빔이 분리되는 종래의 홀로 그래피와는 다른 기준 및 이미징 빔으로서 작용했다. 이 방법의 장점은 조명을 사용하여 전자 빔의 분할을 동적으로 제어 할 수 있다는 것입니다.
.이 기술의 또 다른 이점은 빛이 에너지에 전자의 파동 기능을 분할하는 동안 IT 제어 가능한 양자 정보에 각인되어 이미지화 된 홀로그램 패턴으로 인코딩 될 수 있다는 것입니다. 이것은 원칙적으로 광 펄스를 사용하여 조작 할 수있는 홀로그램에 다차원 양자 정보를 저장할 가능성을 제공하기 때문에 양자 계산에 대한 새로운 관점을 제공합니다.
.이 새로운 방법의 핵심에는 빛 펄스가 개별 전자의 파동을 조작하는 능력이 있습니다. 이러한 능력은 또한 문자 그대로 비틀어 소위 소용돌이 전자 빔을 얻기 위해 더욱 악용 될 수 있습니다.
소용돌이는 본질적으로 토네이도, 사이클론 및 은하에서 초등학교 입자까지 매우 흔합니다. 이는 코르크 스크류 끝과 같은 고정 축 주위에서 나선형과 같은 소용돌이 같은 특성을 얻을 수 있습니다. 입자가 이와 같이 움직일 때, 그들은 우리가 "와류 빔"이라고 부르는 것을 형성합니다. 이 빔은 입자가 잘 정의 된 궤도 각 운동량을 가지고 있음을 암시하기 때문에 매우 흥미 롭습니다. 이는 고정점 주위의 입자의 회전을 설명합니다.
.기본 입자의 고유 특성이 변형되었으므로 다른 물체와의 상호 작용도 변할 것입니다. 이것은 와류 빔이 우리에게 새로운 방사선/물질 상호 작용을 제공 할 수 있음을 의미합니다. 최근에, 예를 들어 와류 빔은 자기장에 대한 감도가 향상됨을 보여 주었다. 또 다른 유망한 가능성은 이러한 빔이 의학적 치료에서 방사선과 조직 사이의 상호 작용을위한 새로운 흡수 채널을 가능하게 할 수 있다는 것이다 (예 :방사선 요법). 또한, 기본 입자를 제어 된 방식으로 비틀면 내부 구조를 드러내는 데 유용 할 수 있습니다. 중성자 내부 구조에 대한 통찰력은 예를 들어 비슷한 방법으로 드러났다.
일반적으로, 입자의 파동 함수의 변조는 "수동 위상 마스크"를 사용하여 수행되며, 이는 물의 서있는 장애물로 생각하여 지나가는 파도를 조절합니다. 예를 들어 싱크의 구멍과 같은 적절한 위상 마스크는 월풀이 형성 될 수 있습니다. 지금까지 물리학 자들은 수동상 마스크 방법을 사용하여 전자와 중성자의 와류 빔을 만들었습니다.
그러나 EPFL의 Fabrizio Carbone 실험실의 과학자들은 처음으로 빛을 사용하여 개별 전자의 파도 기능을 동적으로 비틀 수 있음을 보여주었습니다. 연구원들은 울트라 바르트 소용돌이 전자 빔을 생성하고 Attosecond (10-18 초) 타임 스케일에서 소용돌이를 적극적으로 전환 할 수있었습니다.
이를 위해, 그들은 매우 강력한 현지화 된 광장을 사용하여 필요한 위상 마스크를 생성했습니다. 광장의 최대 강도와 동기화 된 Ultrashort 전자 펄스 발사는 파도가 비틀어졌습니다 (그림 4 참조)
이 실험의 실질적인 응용이 많이 있습니다. 초고속 소용돌이 전자 빔은 양자 정보를 인코딩하고 조작하는 데 사용될 수 있으며, 전자의 궤도 각 운동량은 자기 재료의 스핀으로 전송되어 데이터 저장을위한 새로운 장치에서 토폴로지 전하를 제어 할 수 있습니다. 그러나 더욱 흥미롭게도 빛을 사용하여 동적으로 "트위스트"물질 파도를 사용하여 의료 요법에 사용 된 것과 같은 양성자 또는 이온 빔을 형성하는 데 새로운 관점을 제공하여 선택적 조직 자료 기술에 매우 유용 할 수있는 새로운 방사선 반자 상호 작용 메커니즘을 가능하게 할 수 있습니다.
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